vhb / v2 speziellen s wenn das

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1 Ein Webservice zurr Kursdatenübermittlung zwischen vhb und Hochschul IDM Systemen Technische Spezifikation und Programmdokumentation Ralf Ebner (LRZ), Alexander Hummel (vhb) / v2 Diese technische Dokumentationn spezifiziertt die Übertragung der Belegungsdaten von der Virtuellen Hochschule Bayern (vhb) zu den lokalen Identity Management Systemen (IDM) der Hochschulen [Aufgabe 1b des Ergebnisprotokolls zum Fachgespräch am ]. Sodann wird die Übertragung der Kursdaten vom IDM zum Learning Ma anagement System (LMS) in Form eines Attributss bei der Shibboleth Benutzerauthentifizierung festgelegt [Aufgabe 2c des Ergebnisprotokolls]. Es schließt sich die Dokumentation der prototypische Implementierung in Form eines Perl CGI Skripts inklusiv sei ner Konfigurationsmöglichkeiten an [Aufgabe 1c des Ergebnisprotokolls]. 1. Einleitung Für das Ziel, den Zutritt zu Kursen der Virtuellen Hochschule Bayern (vhb) über Shibboleth die Kursbelegungsdaten in die lokalen l Identity Management System (IDM) zuu übernehmen. Diese Authentifizierung zu ermöglichen, wurde zwischen den Trägerhochschulen undd der vhb vereinbart, Information sollen die Shibboleth Identityy Provider (IdP) an diejenigen Learning Management speziellen s Systeme (LMS), die vhb Kurse anbieten, übermitteln. Die Zugangsberechtigungg zu einem vhb Kurs kann damit innerhalb des LMS durchgeführt werde. Ein alternatives Verfahren, das zuvor bereits untersuchtt worden war, hätte auff der Möglichkeit der Shibboleth Software zur Abfrage mehrerer LDAP Server aufgebaut. Im Shibboleth IdP wird dabei zusätzlich eine Attributabfrage bei einem vhb LDAP Server konfiguriert, der diee Kursbuchungsdaten vorhält. Dieses Verfahren wurde aber wegen Bedenken bezüglichh Hochverfügbarkeit und Datenden vhb schutz verworfen, denn die aktuelle Shibboleth IdP Software (Versionn und 2.1.5) würde LDAP Server bei jeglichem Shibboleth Loginn (nicht nur für vhb Kurse) abfragen. Bei Nichtverfügbar wenn das keit des vhb LDAP Servers gar nicht gebrauchtt und durch den nachgelagerten Attribut Filterr des IdP würde die Shibboleth Authentifizierungg auch dannn scheitern, Kursbelegungs Attribut wieder entfernt wird. Das wäre z.b. der Fall beim Zugrifff auf einen SP, S der nicht vhb Kursanbieter ist, etwa Online Angebote von Verlagen. 2. Kursdatenübertragung von der vhb zu den IDM Systemen Die Kursbelegungsdaten schickt die vhb im Push Verfahren an einenn CGI Webservice, der auf einem Webserver der Trägerhochschule verfügbar sein muss. Die Übertragung erfolgt t über HTTPS POST. Der POST Request enthält als Content ein XML Dokument, dessen Format im Abschnitt 2. 1 spezifi Operationen im IDM, legt Abschnitt 2.2. fest. Der Inhalt der Antwort (Response) wird im Abschnitt 2.3. beschrieben. ziert wird. Die Semantik des XML Dokuments, also die vom Webserver (Empfänger) auszuführenden

2 2.1 Syntax des übertragenen XML Dokuments Das übertragene XML Dokument muss folgendermaßen aufgebaut sein (DTD): <!DOCTYPE vhbxmlmsg [ <!ELEMENT XMLMsg (Head?, Body)> <!ELEMENT Body (Belegungen)> <!ELEMENT Belegungen (Belegung Abmeldung)* > <!ATTLIST Belegungen Sync CDATA #IMPLIED> <!ELEMENT Belegung (Student, Lv*)> <!ELEMENT Abmeldung (Student, Lv*)> <!ELEMENT Student (Univmatrnr)> <!ELEMENT Univmatrnr(#PCDATA)> <!ELEMENT Lv (Lvnr)> <!ELEMENT Lvnr (#PCDATA)> ]> Beispiel: <XMLMsg> <Head/> <Body> <Belegungen Sync= false > <Belegung> <Student> <Univmatrnr> </Univmatrnr> </Student> <Lv> <Lvnr>LV_155_374_2_47_1</Lvnr> </Lv> </Belegung> <Abmeldung> <Student> <Univmatrnr> </Univmatrnr> </Student> <Lv> <Lvnr>LV_155_374_2_47_2</Lvnr> </Lv> </Abmeldung> </Belegungen> </Body> </XMLMsg> 2.2 Semantik des übertragenen XML Dokuments Das XML Dokument übermittelt zwei unterschiedliche Inhalte: Kursbelegungen und Kursabmeldungen. Die Bearbeitung der Belegungen und Abmeldungen, die innerhalb eines <XMLMsg> Elements enthalten sind, darf in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. Jede Belegung und jede Abmeldung erfordert eine Operation auf dem LDAP Server, der als Datenbasis des IDM dient Kursbelegung Für jede <Belegung>, die ein Element <Univmatrnr> mit Text Wert M (= Matrikelnummer) und Elemente <Lvnr> mit Text Werten L1 Ln (LV Nummern) enthält, muss der Webservice im LDAP Server des IDM folgende Operation ausführen: Im User Objekt mit Matrikelnummer M müssen die LV Nummern L1 Ln in demjenigen Multi value Attribut hinzugefügt werden, das für die Aufnahme der Kursbelegungswerte vorgesehen ist (Empfehlung: edupersonentitlement). Das Hinzufügen eines Kursbelegungswertes muss idempotent sein, d.h. die LV Nummer Li aus der Belegung (M, Li) muss im LDAP Server hinzugefügt bzw. erhalten bleiben, auch wenn Li Seite 2

3 in einem <XMLMsg> Element mehrmals vorkommt, in mehreren aufeinanderfolgenden Aufrufen des Webservice (also in mehreren <XMLMsg> Elementen) vorkommt, im LDAP Server bereits im User Objekt mit Matrikelnummer M vorhanden ist. Derartige Mehrfachaufrufe sind vom Webservice in geeignete LDAP Operationen (add value / replace value) umzusetzen, dürfen nicht als Fehler im Ergebnis gemeldet werden und dürfen nicht zum Versagen des Webservice führen, d.h. ggf. weitere Belegungen oder Abmeldungen im selben <XMLMsg> Element müssen erfolgreich bearbeitet werden Kursabmeldung Für jede <Abmeldung>, die ein Element <Univmatrnr> mit Text Wert M (= Matrikelnummer) und Elemente <Lvnr> mit Text Werten L1 Ln (= LV Nummern) enthält, muss der Webservice im LDAP Server des IDM folgende Operation ausführen: Im User Objekt mit Matrikelnummer M müssen die LV Nummern L1 Ln aus demjenigen Attribut gelöscht werden, das für die Aufnahme der Kursbuchungswerte vorgesehen ist. Dieses Löschen muss idempotent sein (analog Hinzufügen in Abschnitt 2.3.1) Kursbuchungs Synchronisation Beim Eintragen der Kursbelegungs und Abmeldungsdaten ist das Attribut Sync des Elements <Belegungen> zu berücksichtigen. Im Fall von Sync= true sind vor Übernahme der ggf. enthaltenen Belegungen alle bestehenden Belegungen für alle enthaltenen Matrikelnummern zu löschen. Zu beachten ist, dass nur vhb Kursbelegungswerte gelöscht bzw. ersetzt werden, nicht jedoch Werte für andere Anwendungen (z.b. urn:mace:dir:entitlement:common lib terms) im selben Attribut (edu PersonEntitlement). Daher wird das Löschen aller Belegungen nicht durch ein Entfernen des ganzen Attributs (delete attribute) erfolgen dürfen, sondern durch einen Abgleich mit bestehenden Werten (replace value oder delete value). 2.3 Ergebnis der Übertragung Der Webservice liefert als Ergebnis des HTTPS POST einen Text/Plain Inhalt für jede im <XMLMsg> Element enthaltene Kobmination (M, L1 Ln): mit Status Zeitstempel Operation: M => L1 Ln Status = OK ERROR Operation = Belegung Abmeldung Zusätzliche Trennzeichen sind erlaubt. Beispiel: OK [ :45:07] Belegung: => LV_155_374_2_47_1 OK [ :45:07] Abmeldungen: => LV_155_374_2_47_2 Seite 3

4 3. Kursdatenübertragung vom IDM zum LMS Bei einer Shibboleth Authentifizierung eines Benutzers über den IdP, der einen LDAP Server mit vhb Kursbelegungsdaten als Datenbasis hat, sowie auch bei Requests an den Shibboleth ARS (Attribute Resolution Service) muss der IdP die gespeicherten Werte der Kursbelegungen im Shibboleth Attribut edupersonentitlement ausliefern. Die Attribut Auslieferung muss an alle Shibboleth SPs erfolgen, die vhb Kurse anbieten. Vom Standpunkt des Datenschutzes sollte die Auslieferung auch nur an diese SPs erfolgen. Noch idealer wäre die Auslieferung nur derjenigen Werte, die eine Kursbuchung im LMS des jeweiligen SPs bedeuten. Dies setzt aber eine Zuordnung der (relevanten Nummernteile) der LV Nummer zu Shibboleth EntityIDs oder Gruppen voraus. Die aktuelle Liste dieser SPs wird die vhb in geeigneter Form regelmäßig zur Verfügung stellen (ggf. auf ihrem LDAP Server). 4. Webservice Prototyp (Proof of Concept) Das CGI Skript vhb-belegung.cgi ist das Bindeglied zwischen vhb und dem jeweils hochschullokalen IDM System bzw. LDAP Server für die Übernahme der Kursbelegungsdaten. Installiert auf einem Webserver nimmt das Skript die Kursbelegungsdaten per HTTPS POST als XML Datei entgegen und schreibt sie in den LDAP Server, dessen Zugangsdaten in einer separaten Konfigurationsdatei hinterlegt werden können. 4.1 Systemvoraussetzungen 1. Apache Webserver 2.2 oder höher auf SuSE Linux (SLES 11.x). Andere Betriebssysteme oder andere Webserver mit Perl und CGI Unterstützung sind vermutlich auch möglich, aber nicht getestet. 2. Perl 5.6 oder höher mit den Paketen a. LWP::Agent b. XML::Parser c. Net::LDAPS d. Data::Dumper 3. LDAP Server als Datenbasis des lokalen Shibboleth IdP Für IDM Systeme, die als Datenbasis eine SQL Datenbank und nicht einen LDAP Server haben, ist das Skript derzeit nicht direkt einsetzbar. Es wäre die Spezialisierung der Klasse vhb Belegung notwendig, die die geerbte Funktion ldapmodifyvhb geeignet überschreibt. 4.2 Installation 1. Kopieren der Dateien vhb belegung.cgi und vhb belegung.conf in das CGI Verzeichnis des Webservers. Es bietet sich an, das Skript auf dem Webserver des Shibboleth IdPs zu installieren, also i.d.r. auf dem Apache httpd, der dem Applikations Container tomcat gemäß Empfehlung von [DFN AAI] vorgeschaltet ist. Vorteil dabei ist, dass der Webservice sowohl für die vhb erreichbar als auch der Zugriff auf den LDAP Server ohne weitere Konfiguration möglich sein dürfte, da diese Verbindungsmöglichkeiten für den Shibboleth IdP auf demselben Server in Firewalls und Routing ohnehin freigegeben sind. 2. Wichtige Einstellung am Webserver (/etc/apache2/httpd.conf oder entsprechend eingebundene Konfigurationsdatei wie /etc/apache2/vhosts.d/myhost.conf): TimeOut Direktive hoch genug setzen, damit der CGI Prozess je nach zu erwartender Anzahl an Belegungen und Abmeldungen pro Übertragung die Abarbeitung zu Ende bringt. Seite 4

5 Für das CGI Skript oder das ganze CGI Verzeichnis sollten Direktiven für die Authentifizierung AuthType Basic oder für die Zugangsbeschränkung auf wenige IP Adressen Order deny,allow Deny from all Allow from IP Adr konfiguriert werden. 3. Konfiguration am LDAP Server: Auf dem LDAP Attribut, das für die Suche nach Matrikelnummer verwendet wird, muss ein Index eingerichtet sein. Das Attribut, in das die Kursbelegungen geschrieben und gelöscht werden, muss für den verwendeten Proxy User (BindDN) schreibbar sein. N.B.: Das Multi value Attribut edupersonentitlement wird in der Regel in den IDMs auch noch aus anderen Quellen geschrieben. Hier muss getestet werden, ob diese Quellen die vhb Belegungsattribute unverändert lassen. Ansonsten müssen die Kursbelegungen zunächst in ein separates Attribut vom CGI Skript geschrieben werden (Option vhbattr). Der IdP muss dann (in seinem attribute resolver.xml) so konfiguriert werden, dass er für edupersonentitlement immer zusätzlich die Werte aus dem Attribut vhbattr mitliefert. 4. Anpassung der vhb belegung.conf, siehe folgender Abschnitt. 5. Test über das Skript vhb belegung client.pl: In der Datei testbelegung.xml eine im lokalen IDM gültige Matrikelnummer einfügen Aufruf: vhb belegung client.pl url URL xml vhb belegung client.pl Kontrolle im LDAP Browser, ob die Attributwerte tatsächlich geschrieben wurden. Kontrolle und Fehlerverfolgung ggf. mit Hilfe der Logdatei. Dazu in der Konfigurationsdatei vhb belegung.conf folgende Optionen setzen: Debug: 1 LogFile: Pfad 6. Bekanntgabe des URLs zum Aufruf von vhb belegung.cgi an die vhb, damit die Provisionierung der Kursbelegungsdaten aufgenommen werden kann. 4.3 Konfiguration Die Konfiguration des CGI Skripts vhb-belegung.cgi erfolgt in der Datei vhb-belegung.conf. Die Optionen werden in der Form Optionsname: Wert angegeben. Groß Kleinschreibung im Optionsnamen ist nicht relevant. Leerzeichen vor und nach Optionsname und Wert werden ignoriert. Leerzeilen sind erlaubt. Kommentare können beginnend mit ʹ#ʹ bis zum Zeilenende eingefügt werden. Option Host Port Bedeutung/Effekt Hostname des LDAP Servers, der die Datenbasis des IDMs ist Port, auf dem der LDAP Server erreichbar ist (Default: 636 = LDAPS) Seite 5

6 BindDN Passwd PwFile vhbattr BaseDN MatFilter Logfile Debug Distinguished Name des LDAP Proxy Users, der in im Container BaseDN nach User Objekten suchen und das Attribut für die Kursbelegungsdaten schreiben darf Passwort für BindDN (besser: Option PwFile) Datei, in der das Passwort für BindDN steht und die idealerweise nur von der Webserver Kennung gelesen werden kann. Name des Attributs, in das die Kursbelegungswerte geschrieben werden (Default: edu PersonEntitlement) Container auf dem LDAP Server, in dem sich die User Objekte befinden LDAP Filterausdruck, um ein User Objekt im Container BaseDN über die Matrikelnummer zu finden. Das CGI Skript ersetzt für die LDAP Suche dann den Teilstring "[MATNR]ʺ durch die von der vhb zu einer Kursbelegung gelieferte Matrikelnummer. Default: (matrikelnummer=[matnr]) Wenn die Matrikelnummer bereits nach DFN AAI Schema gespeichert ist, wird ein Filterausdruck folgender Form sinnvoll sein: (schacpersonaluniquecode=urn:mace:terena.org:schac:personaluniquecode: de:meinehochschule.de:matrikelnummer:[matnr]) Pfad für eine Datei, in der die vorgenommenen und ggf. auch gescheiterten Belegungen und Abmeldungen protokolliert werden (Default: Keine Logdatei) Zusätzliche Ausgabe in der Logdatei: 1. Die eingelesenen Optionen aus der Konfigurationsdatei 2. die aus der XML Datei extrahierten Kursbelegungsdaten 3. die durchgeführten LDAP Modifikationen 5. Offene Fragen 1. Die vhb hat die Registrierung eines Präfix für die Kursbelegungs Datenwerte beim Middleware Architecture Committee for Education (MACE, beantragt. Soll im XML Dokument, das von der vhb an die IDMs übertragen wird, dieses Präfix den LV Nummern vorangestellt werden? 2. Wo und wie veröffentlicht die vhb die aktuelle Liste der SPs mit vhb Kursen, also die Gruppe von SPs, für die der IdP das Attribut edupersonentitlement freigeben muss? 3. Ist weiterhin im IdP eine gefilterte Auslieferung nur der für einen SP relevanten LV Nummern möglich, oder bekommt jeder SP (eines LMS) die LV Nummern aller vhb Kurse, die der Studierende gebucht hat? Seite 6

7 6. Referenzen [StMWFK] Florian Leiner, Georg Antretter: Ergebnisprotokoll des Fachgesprächs AAI für die vhb und LMS der Hochschulen (Shibboleth Anbindung) am 16. September 2010, h, im Bayerischen Staatsministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst. Standards und Technik: [Apache] [CPAN] [Perl] Apache HTTP Server (Webserver), Comprehensive Perl Archive, The Perl Programming Language, [LDAP] Lightweight Directory Access Protocol, LDAPv3: RFC 4510, RFC 4511, RFC 4512, RFC 4513, RFC 4514, RFC 4515, RFC 4516, RFC 4517, RFC 4518, RFC 4519 [DFN AAI] [Shibboleth] Authentifizierungs und Autorisierungs Infrastruktur im DFN, Shibboleth Software, Seite 7

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